矿山涌水量预测方法对比分析

相关分析法（一）原理与应用条件相关分析是根据涌水量与主要影响因素之间相关关系的密切程度建立回归方程，利用抽水试验或开采初期的疏干资料，预测矿坑涌水量或外推开采后期下水平的涌水量。

其原理已在供水中介绍。

根据实际资料的统计，多元复相关预测远比单相关效果好，其回归方程表达的内容丰富，可反映除降深外的各种影响因素。

它的应用条件与Q —s 关系方程类同，但对原始数据的采集有严格要求：1代表性：（规范）要求不少于一个水文年（包括丰、平、枯季节）的动态观测数据，同时数据（择本）量不少于30个；2一致性：指应与预测对象上条件相一致；3独立性与相关性：即多自变量有独立的变化规律，相互间关系不大；而与涌水量之间均存在密切的相关关系，（规范）要求相关系数不低于0.7。

（二）实例与计算方法1. 利用勘探阶段抽水试验资料预测矿坑涌水量如广东沙洋矿通过在勘探阶段设计相距6m 的两个抽水孔和十余个不同距离的观测孔组成的群孔抽水试验，取得了复相关计算所需的涌水量Q 与井径r （是将距抽水孔不同距离观测孔的位置概化为疏干状态下的坑道系统不同面积的作用半径）、水位降S （即不同作用半径的水位降，以模拟疏干水位降）有关资料，（见表1）通过求参建立了复相关幂函数预测方程：536.11843.3189.11Sr Q其复相系数达0.9468，复相关机误仅0.0721，完全可用于未来矿山各设计水平与面积的矿坑涌水量预测。

经实际排水资料检验，预测误差偏小38~56%，主要与开采导函大量地面岩溶坍陷有关。

2. 利用矿山观测资料外推预测可充分考虑矿坑涌水量的增长和各项生产因素间的关系，并根据它们之间的密切程度来建设涌水量方程。

在原苏联顿巴斯煤矿的某些涌水量预测中，首先，在30个矿井中建立了320个观测点，获得了涌水量（Q 2）与各生产因素（包括矿产量P 0、开采深度H 0、开采面积F 0、生产时间T 0等）之间的相关关系，以及其密切程度，见表2。

解析法（一）解析法的应用条件解析法是根据解析解的建模要求,通过对实际问题的合理概化，构造理想化模式的解析公式，用于矿坑涌水量预测。

具有对井巷类型适应能力强、快速、简便、经济等优点，是最常用的基本方法。

解析法预测矿坑涌水量时，以井流理论和用等效原则构造的“大井”为主，后者指将各种形态的井巷与坑道系统,以具有等效性的“大井”表示，称“大井”法.因此说:矿坑涌水量计算的最大特点是“大井法”与等效原则的应用，而供水则以干扰井的计算为主。

稳定井流解析法:应用于矿坑疏干流场处于相对稳定状态的流量预测。

包括①在已知某开采水平最大水位降条件下的矿坑总涌水量；②在给定某开采水平疏干排水能力的前提下，计算地下水位降深（或压力疏降）值。

非稳定解析法：用于矿床疏干过程中地下水位不断下降，疏干漏斗持续不断扩展，非稳定状态下的涌水量预测.包括:①已知开采水平水位降(s）、疏干时间（t)，求涌水量（Q);②已知Q、s，求疏干某水平或漏斗扩展到某处的时间(t）；③已知Q、t，求s，以确定漏斗发展的速度和漏斗范围内各点水头函数隨时间的变化规律，用于规划各项开采措施。

在勘探阶段，以选择疏干量和计算量最大涌水量为主。

（二）计算方法如上所述，应用解析法预测矿坑涌水量时，关键问题是如何在查清水文地质条件的前提下，将复杂的实际问题概化。

它可概括为如下三个重要方面：分析疏干流场的水力特征，合理概化边界条件，正确确定各项参数.1。

分析疏干流场的水力特征矿区的疏干流场是在天然背景条件下，迭加开采因素演变而成。

分析时，应以天然状态为基础，结合开采条件作出合理概化。

（1）区分稳定流与非稳定流矿山基建阶段，疏干流场的内外边界有受开拓井巷的扩展所控制，以消耗含水层储量为主,属非稳定流；进入回采阶段后,井巷输廊大体已定，疏干流场主要受外边界的补给条件控制，当存在定水头(侧向或越流)补给条件时，矿坑水量被侧向补给量或越流量所平衡，流场特征除受气候的季节变化影响外，呈现对稳定状态.基本符合稳定的“建模”条件，或可以认为两者具等效性；反之,均属非稳定流范畴。

《矿井涌水量预测研究》篇一一、引言矿井涌水量预测是矿山安全生产和环境保护的重要环节。

准确预测矿井涌水量，不仅有助于合理安排矿井排水，防止水灾事故的发生，而且对于矿井水资源的管理和利用具有重要意义。

本文旨在通过对矿井涌水量预测的研究，分析影响涌水量的主要因素，探讨预测方法及模型，为矿井安全生产和环境保护提供科学依据。

二、矿井涌水量的影响因素矿井涌水量受多种因素影响，主要包括地质因素、气象因素、采矿因素等。

地质因素如地下水位、含水层厚度、岩性等；气象因素如降雨量、气温等；采矿因素如采矿方法、开采深度等。

这些因素相互影响，共同决定矿井涌水量。

三、矿井涌水量预测方法及模型目前，矿井涌水量预测方法主要包括水文地质法、统计分析法、数值模拟法等。

其中，水文地质法主要依据地下水动力学原理，分析地下水的运动规律，从而预测矿井涌水量；统计分析法主要依据历史数据，建立统计模型，通过分析影响因素与涌水量的关系，预测未来涌水量；数值模拟法则是通过建立地下水流动的数学模型，模拟地下水的运动过程，从而预测矿井涌水量。

四、具体预测模型介绍1. 水文地质法模型：根据地下水动力学原理，建立水文地质模型。

通过分析地下水的补给、径流、排泄等过程，确定地下水位、含水层厚度等参数，从而预测矿井涌水量。

该方法需要考虑地质条件、水文地质条件等因素，适用于具有较为完整水文地质资料的矿井。

2. 统计分析法模型：根据历史数据，建立统计模型。

常用的统计模型包括线性回归模型、灰色预测模型等。

通过分析影响因素与涌水量的关系，建立数学表达式，从而预测未来涌水量。

该方法需要考虑影响因素的选取和数据的质量等因素。

3. 数值模拟法模型：通过建立地下水流动的数学模型，模拟地下水的运动过程。

常用的数值模拟软件包括FEFLOW、MODFLOW等。

该方法可以较为准确地反映地下水的运动规律，但需要较为复杂的建模过程和计算过程。

五、实例分析以某矿山为例，采用上述三种方法进行矿井涌水量预测。

吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学§10.4矿坑涌水量预测一、矿坑涌水量预测的内容、方法、步骤与特点（一）矿井涌水量预测的内容及要求矿坑涌水量预测是一项重要而复杂的工作，是矿床水文地质勘探的重要组成部分。

矿坑涌水量是指矿山开拓与开采过程中，单位时间内涌入矿坑(包括井、巷和开采系统)的水量。

通常以m3/h表示。

它是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一，关系到矿山的生产条件与成本，对矿床的经济技术评价有很大的影响。

并且也是设计与开采部门选择开采方案、开采方法，制定防治水疏干措施，设计水仓、排水系统与设备的主要依据。

因此，在矿床水文地质调查中，要求正确评价未来矿山开发各个阶段的涌水量。

其内容与要求包括可概括为以下四个方面：（1）矿坑正常涌水量：指开采系统达到某一标高(水平或中段)时，正常状态下保持相对稳定的总涌水量，通常是指平水年的涌水量。

（2）矿坑最大涌水量：是指正常状态下开采系统在丰水年雨季时的最大涌水量。

对某些受暴雨强度直接控制的裸露型、暗河型岩溶充水矿床来说，常常还应依据矿山的服务年限与当地气象变化周期，按当地气象站所记录的最大暴雨强度，预测数十年一遇特大暴雨强度产生时，可能出现暂短的特大矿坑涌水量，作为制订各种应变措施的依据。

（3）开拓井巷涌水量：指包括井筒(立井、斜井)和巷道（平、平巷、斜巷、石门)在开拓过程中的涌水量。

（4）疏干工程的排水量：是指在规定的疏于时间内，将一定范围内的水位降到某一规定标高时，所需的疏干排水强度。

对于地质勘探阶段来说，主要是进行评价性的计算，以预测正常状态下矿坑涌水量及最大涌水量为主。

至于开拓井巷的涌水量预测和专门性疏干工程的排水量的计算，由于与矿山的生产条件密切相关，一般均由矿山基建部门或生产部门承担。

（二）矿坑涌水量预测的方法根据当前矿床水文地质计算中常用的各种数学模型的地质背景特征极其对水文地质模型概化的要求，可作如下类型的划分：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧-混合型模型水均衡法有限差法有限元法数值解非稳定井流公式稳定井流公式—井流方程—解析解确定模型回归方程曲线方程非确定性统计模型数学模型分类s Q （三）矿坑涌水量预测的步骤矿坑涌水量预测是在查明矿床的充水因素及水文地质条件的基础上进行的。

矿井涌水量解析计算及其适用性对比【摘要】矿井涌水量计算是煤矿水文补勘工程中的一项重要任务，目前矿井涌水量预测主要以“大井法”、“集水廊道法”为主，计算过程往往简单、机械，不注重矿区水文地质条件及公式适用条件的分析。

本文在分析红一煤矿地质及水文地质条件的基础上，对研究区水文地质条件进行了概化，最终选用具有一个隔水边界的稳定流承压转无压的Dupuit公式的推导式进行基岩段涌水量计算。

【关键词】大井法；集水廊道法；涌水量；水文地质补充勘探1地质及水文地质概况1.1井田地质及构造井田内地层由老至新依次有：奥陶系克里摩里组(Ok)；石炭系上统土坡组(Ct);石炭二叠系太原组(CPt)；二叠系下统山西组(Ps)、石盒子组(Psh);古近系(E)和第四系(Q ) o红一井田总体构造为一走向北北东向、西翼陡东翼缓的不对称背斜，即红墩子三道沟背斜，其西部发育有红墩子向斜，再向西被黄河断裂所断。

红墩子三道沟背斜西翼受红墩子断层切割，红墩子断层落差30m〜180m。

井田内煤层大部赋存于红墩子三道沟背斜东翼。

1. 2井田水文地质1. 2. 1含水层划分及其特征井田含水层划分为：第四系孔隙潜水层、古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层组、二叠系孙家沟组、石盒子组裂隙含水层组、山西组裂隙含水层组、太原组砂岩裂隙含水层组、土坡组砂岩裂隙含水层组、奥陶系裂隙含水层组。

其中山西组裂隙含水层、太原组砂岩裂隙含水层组为直接充水含水层，石盒子组裂隙含水层组为间接充水含水层。

下面简述以上三个含水层特征。

二叠系孙家沟组、石盒子组裂隙含水层：属直接充水含水层，在全区较广泛分布，厚度约在40〜360m左右，含多个子含水层，为复合含水层。

由粗粒砂岩、中粒砂岩及细粒砂岩构成，分选磨圆中等，颗粒支撑，泥钙质胶结，裂隙欠发育。

根据抽水试验，本含水层天然静水位埋深43.96m,钻孔涌水量0. 185L/S,单位涌水量0. 0011L/m?s,渗透系数0. 0034m/d ,为弱富水含水层。

2016年第5期 （总第74期）106本井田位于山西中隆北部吕梁隆起北端宁（武）－静（乐）向斜中段之西翼。

构造形态总体为一单斜构造，走向为NE，倾向SE，倾角18~43°左右；在单斜上伴随有少量的褶曲和断层，平均0.76条/km 2；井田内未发现陷落柱和岩浆岩侵入。

井田内褶曲有三条，分别为S1、S2、S3。

S1向斜，北起小庄旺村，南至张家沟北部，长约1.4km，走向NW 5~20°，两翼产状20°左右；S2背斜，北起小庄旺村，南至马连沟北部，与S1近似平行，长约1.3km，走向NW30~35°，两翼产状25°左右；S3向斜，位于井田西南部，井田内延伸长约1.4km，走向NW 45~60°，NE 翼产状9~12°，SW 翼产状18~22°。

井田内断层有13条， 30m 以上断层有4条。

5　可采煤层本井田可采煤层为2#、5#煤层。

6　矿井水文地质6.1 井田内主要含水层6.1.1　奥陶系中统（O 2）石灰岩岩溶裂隙含水层奥陶系中统（O 2）灰岩岩溶裂隙含水层，井田西边界有出露，该含水层由下马家沟组、上马家沟组含水层组成，含水空间以岩溶裂隙为主。

勘探时完成抽水试验1孔M4号钻孔，揭露奥陶系顶界埋深470.47 m，厚度152.13 m。

岩性由白云质灰岩、石灰岩、泥质灰岩及角砾状泥灰岩等组成，上部见少量垂直裂隙及不规则裂隙，大多被方解石充填。

下部591.07～593.87m 岩溶裂隙发育见蜂窝状小溶孔，其下岩溶裂隙发育。

6.1.2 石炭系上统太原组（C 3t）砂岩裂隙含水层石炭系上统太原组砂岩裂隙含水层，井田西边界有出露，含水层主要由数层砂岩构成，含水空间以砂岩裂隙为主，为5#煤层顶板直接充水含水层。

据钻探资料，砂岩裂隙大多以垂直裂隙为主，部分被充填。

在该层段钻进时冲液消耗量和水位变化不明显。

6.1.3 二叠系下统山西组（P 1s）砂岩裂隙含水层二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层，井田内有出露。

大井法和比拟法在矿井涌水量预测中的应用矿井涌水量是确定矿床水文地质条件复杂程度的一个重要指标，还是矿山设计部门确定排水设备和制定防水措施的主要依据。

因此，在矿井建设以及生产过程中，能够较为准确地预报矿井涌水量是非常重要的，它直接关系到煤矿的安全生产。

文章选用大井法和地质水文比拟法对泉上煤矿三水平联合开采16、17两层煤时的矿井涌水量进行预测，以保证煤矿的安全生产。

标签：大井法；水文地质比拟法；涌水量预测引言矿井涌水量指的是矿山建设以及生产过程中，单位时间内流入矿井（包括各种巷道和开采系统）的水量，它是评价矿井水文地质条件复杂程度重要的指标，因此，正确预测矿井的涌水量对于指导矿井排水设施建设以及保障煤矿的安全生产具有重要的意义[1，2]。

预测矿井涌水量的方法多种多样，包括确定性分析方法中的解析法、数值法、模拟法、水均衡法；非确定性分析方法中的水文地质比拟法、相关分析法、模糊数学模型、灰色系统法、时间序列分析法和BP神经网络法等[3]。

文章选用大井法（解析法）和水文地质比拟法对泉上煤矿16、17煤开采时的矿井涌水量进行预测。

1 井田水文地质条件分析1.1 矿井水文地质概况文章所研究的泉上井田位于滕县煤田南部，含煤地层为上石炭统太原组，共含煤18层，其中可采及局部可采煤层共4层，即煤3下、煤12下、煤16、煤17。

泉上煤矿目前主采煤层为12下、16、17煤层。

主要含水层有第四系上含水砂层段、下含水砂层段，上侏罗统砂砾岩层段，3下煤层顶板砂岩，石炭系太原组第三、五、八、十下层石灰岩，本溪组第十二、十四层石灰岩，中奥陶统石灰岩。

1.2 矿井充水因素分析1.2.1 开采16煤层时的充水因素泉上煤矿16煤层上距12下煤层54.08m，实测“两带”高度为13.80m，正常条件区域下，16煤层的开采不会受到12下煤层采空区积水影响；17层煤上距16层煤平均13.90m，开采后的“两带”高度理论计算为14.8m，回采时会受16层煤采空区积水影响，开采时必须提前疏放16煤层老空水。

Q~S 曲线方程外推法（一）原理与应用条件指用稳定井流条件下抽水试验的Q=f （s ）方程，外推未来疏干水位降的涌水量。

实质上也是一种相似条件下的比拟法。

应用时的前提条件是：一、抽水试验建立Q=f （s ） ，应符合稳定井流条件；二、抽水试验的各种条件应与预测对象的疏干条件接近。

因此，必须重视试验的技术条件，包括：1.应将抽水试验孔布置在预测对象的分布地段，保证水文地质条件的一致性；2.采用大口径（或孔组）试验，计算时为消除井径对涌水量的影响，需做井径换算；3.抽水降深应大于疏干水位水柱高度的1/2~1/3，计算时的外推疏干降深不应超过1.75倍的抽水降深，主要考虑疏干状态下的补给条件；4.用枯季抽水试验预测正常涌水量，根据雨季试验预测季节性最大涌水量；5.要排除抽水过程中一切自然和人为随机影响因素的干扰。

Q~s 曲线方程法的优点是：回避各种水文地质参数求参过程中的失真，计算简单易行。

适用于建井初期的井筒涌水量预测。

上水平疏干资料外推下水平的涌水量，以及矿床规模小、矿体分布集中、边界条件和含水结构复杂的涌水量预测。

（二）计算方法与步骤1. 鉴别Q~s 曲线类型（1）曲度法：即用曲度n 值进行鉴别：1212lg lg lg lg Q Q S S n --=，当n ＝1时，为直线Q =qS ；1＜n ＜2时，为幂曲线Q =b S a ；n ＝2时，为抛物线S=aQ+bQ 2；n ＞2时，为半对数曲线S=a+blgS 。

如果n ＜1时，表明抽水试验不正确。

2. 确定方程参数（1）最小二乘法：应根据Q=f （s ）类型选用最小二乘法，如常见的幂函数型：∑∑∑∑∑=-⋅-Q S Q S NS S b lg lg )lg (lg )lg ()(lg 22NS bQ a ∑∑-=lg 1lg lg（2）图解法：即利用直角坐标的图解，a 为图解中纵坐标上所切的截距线段；b 为直线对水平倾角的正切。

其它类型详见地下水动力学。

新华山铜矿矿坑涌水量预测及防治水探讨一、研究背景新华山铜矿是我国较早开采的大型铜矿石矿床之一，位于安徽省铜陵市，是中国非常重要的铜矿产地之一。

随着矿井深度的增加和矿石开采量的不断扩大，矿井涌水问题日益成为该矿井产能提升和安全生产的主要限制因素之一。

对新华山铜矿矿坑涌水量的预测及防治水工作的研究显得尤为重要。

二、矿坑涌水量预测的方法对于新华山铜矿矿坑涌水量的预测，主要可以采用模型预测法和经验公式法两种方法。

模型预测法是通过建立数学模型，运用数学统计方法对矿区地下水位、地质结构、水文地质条件等因素进行综合分析和计算，从而预测出未来一定时间段内的矿坑涌水量。

该方法要求对矿区的地下水位、水质、地质构造等数据有较为准确的了解，并且需要复杂的数学计算。

虽然该方法比较精确，但对研究人员的技术水平要求较高。

经验公式法则是根据矿区历史涌水量资料，结合矿区地下水初见今年沉降量、悬灵水分等因素，从而得出未来一定时间段内的矿坑涌水量。

该方法相对简单易行，可以满足矿区日常涌水量的预测需要。

三、防治水工作的探讨为了控制新华山铜矿的矿坑涌水问题，需要进行有效的防治水工作。

主要措施有：1. 提高水文地质勘察的精度。

通过对矿区地下水位、水质、水文地质条件等的精确测量和分析，可以为矿坑涌水量的预测提供可靠的依据。

2. 加强水文地质监测。

定期对矿区的地下水位和水质进行监测，及时发现异常情况并采取措施。

3. 合理利用地下水资源。

通过对地下水的开采利用，适当降低地下水位，从而减少矿坑的涌水量。

4. 加强矿井水防治设施建设。

包括加固矿井巷道、封闭废弃巷道、增设泵站等，以确保矿坑的排水效率。

5. 配备应急处理设备及人员。

对矿坑突发涌水事件，能够快速反应并采取紧急处置措施，以最大限度减少损失。

通过以上措施的落实，预计将对新华山铜矿的矿坑涌水问题产生积极的影响。

四、结论新华山铜矿的矿坑涌水情况对其生产安全和产能提升造成了重大影响，预测和防治水工作的研究是一个紧迫的任务。

附 录 A（资料性附录）矿井涌水量评价常用方法及公式A.1 比拟法A.1.1 富水系数法aP Q K P = ...................................... (A.1)11p Q K P = ...................................... (A.2) 式中：Q ——新矿井预计涌水量，单位为立方米（m 3）；K p ——富（含）水系数，单位为立方米每吨（m 3/t ）；P ——新矿井设计产量，单位为吨（t ）；Q 1——生产矿井年涌水量，单位为立方米（m 3）；P 1——生产矿井年产煤量，单位为吨（t ）。

a 式中的涌水量和产煤量均是同一一定时间内的。

A.1.2 矿井单位涌水量比拟法当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降深呈直线比例的情况下：1Q q FS = ...................................... (A.3)1111Q q F S = ...................................... (A.4) 当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降深不呈直线比例时:Q Q =(A.3) 式中：Q ——新矿井预计涌水量，单位为立方米每秒（m 3/s ）；q 1——生产矿井单位涌水量，单位为每秒（s -1）；F ——新矿井设计开采面积，单位为平方米（m 2）；S ——新矿井设计水位降深，单位为米（m ）；Q 1——生产矿井总涌水量，单位为立方米每秒（m 3/s ）；F 1——生产矿井开采面积，单位为平方米（m 2）；S 1——生产矿井水位降深，单位为米（m ）；m 、n ——地下水流态系数，根据两年以上生产矿井涌水量采用最小二乘法或图解法求得。

A.1.3 相关关系分析法a) 当生产矿井涌水量与两个影响因素存在直线关系时，采用下述三元直线相关数学表示式预算新井矿井涌水量（Q ）：01122Q b b x b x =++ .................................. (A.4)式中：x 1 、x 2——影响矿井涌水量的二个因素变量；b 1 、b 2——称为Q 对x 1 、x 2的回归系数。

任务十六矿坑（井）涌水量预测二、水文地质比拟法（-）原理和应用条件水文地质比拟法：就是利用地质和水文地质条件相似、开采方法基本相同的开采矿区或生产矿井的排水资料，来预计勘探区、新建矿井或在生产矿井延伸开采的涌水量。

适用条件：有实测涌水量可以类比的新、旧矿井。

根据生产矿井的涌水量，预测新建水文地质条件类似、开采方式相同的新建矿井的涌水量；根据生产矿井上水平的涌水量预测延伸水平的涌水量。

（二）计算方法、步骤1、富水系数比拟法：富水系数是指一定时期内从矿井排出的总水量Q。

与同期内的矿石开采量Po之比，以Kp表示。

Kp= Q o∕ Po如：新建矿井与在生产矿井水文地质条件类似，开采方式方法相同，则新建矿井的涌水量Q： Q = Kp. P采矿区面积富水系K L Qo∕ Fo,采掘长度富水系数K1= Qo∕ Lo。

一般以上述各富水系数的综合平均值为比拟依据。

2、单位涌水量比拟法：单位涌水量q。

是指单位水位降深和单位开采面积的平均涌水量。

可根据相似生产矿井的资料求出，其计算公式如下:层流：q 0= Q o ∕ （F 0. S o ）紊流：qθ= Q o ∕（Fo. So"?）勘探矿区或新建矿井涌水量Q 的比拟计算公式如下：层流：Q =q0*F*S =Q 0 ——........ 紊流：Q =qo*F*S = Q o - βΓS （） 片）Y %在许多情况下，矿井涌水量与开采面积和水位降深之间不呈线性关系，也不符合 紊流关系，则比拟计算公式为：Q =q0*F*S =Q 0 — ..........K S°m 、n 为待定系数，可根据经验通过计算或曲线拟合确定，或用最小二乘法求得。

（三）水文地质比拟法算例例：梗杉煤矿未来矿井涌水量计算①计算方法采用比拟法，即采用根杉坡井已有资料比拟其未来矿井涌水量，分别采用长度比 拟法和面积比拟法，然后采用综合结果。

②计算公式及计算参数：试中：Q —未来矿井涌水量（∏）3∕h ）Qo 一老井涌水量（m 3∕h ）,正常涌水量取20—30 m 3∕h oL 一未来矿井0^100田之间的南北向巷道总长度。

论煤矿矿井涌水量预测几种方法的应用【摘要】矿井涌水量是煤矿水文地质条件的一个重要指标，本文以某煤矿为例，通过采用大井法、水文地质比拟法和Q-f（s）相关分析法（图解法）三种矿井涌水量预测方法对矿井涌水量进行预测，通过比较、分析几种方法的适用性、针对性和条件满足性等，推荐最终选用的预测方法。

【关键词】涌水量；水文地质；预测方法0 引言在煤矿安全中，矿井排水能力是一项很重要的指标。

若排水能力低，则不能保证安全生产，若排水能力过高则增加生产成本和企业负担，因此矿井涌水量预测就显得较为重要了。

本文以某煤矿为例，介绍几种矿井涌水量预测方法，希望能起到抛砖引玉的效果。

1 某煤矿基本情况介绍1.1 矿山自然地理及地质概况某煤矿位于河南省辉县市太行山南麓，为山前冲洪积扇中上部，地势西高东低，海拔标高88—96m，相对高差8m左右。

该区地层由老至新为奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组和新近系、第四系。

1.2 矿山开采情况该煤矿矿井由一对立井（主、副井）开拓，井深521.3m，设计生产规模为45万吨/年，矿井服务年限为49.1年。

矿井现开采二1煤，现开采水平为-425m，开采最低标高为-475m，最终开采水平高差为50m。

1.3 邻近矿井情况矿区内及邻近地区无生产矿井，亦无采空区，仅在矿区西南部较远处有吴村煤矿、方庄煤矿、白庄煤矿，现将吴村煤矿情况简述如下：吴村煤矿位于该矿井的西南方向约30公里处，1969年建井，二1煤已基本采空，实际生产能力35万吨/年，开采水平为-280m，矿井正常水量为950m3/h。

1.4 矿区水文地质边界该矿井具体构造位置处于九里山、峪河、东耿村断层形成的矩形断块中，为一地垒构造单元。

井田的西北边为九里山断层，断距50—650m；西南以峪河断层为界，断距300—700m；以上两个边界使二1煤顶、底板含水层局部与区外新近系和第四系砂、砾石含水层相对接，由于砂、砾石层水位高于基岩含水层水位，以上两条边界可视为给水边界。

×××矿区坑涌水量预测方法及结果分析本文对×××矿区矿坑涌水量分别采用解析法和比拟法两种方法进行计算，得出结论与矿坑实际涌水量相比较，误差小于10%，可判断结论较可靠，对矿坑未来采矿排水设计及选择排水设备提供较翔实的依据。

标签：矿坑涌水量解析法比拟法数十年来，前人对×××矿区井下开采系统疏干排水的涌水量计算进行了大量的基础性工作，取得了较为珍贵的资料与经验。

现就×××矿区矿坑涌水量预测方法及结果进行论述。

1解析法1.1公式选择（1）浅部壶天群溶洞含水层①×××矿区西部天子岭组条纹状灰岩、泥质灰岩和石炭系下统砂页岩组成西部隔水边界;矿区北部石炭系下统砂页岩和泥盆系上统帽子峰组砂页岩组成北部隔水边界。

北部和西部隔水边界组成矿区“厂”字型的相对隔水边界。

②矿床疏干时，直接向壶天群含水层布置截流巷和放水钻孔放水，疏干对象只有壶天群含水层。

在疏干过程中，第四系水和中上泥盆统东岗岭上亚组、天子岭下亚组浅部溶洞-裂隙水只是通过与壶天群含水层的水力联系，作为壶天群含水层的补给源补给壶天群含水层。

中上泥盆统东岗岭上亚组和天子岭下亚组深部裂隙水由于有天子岭中上亚组花斑状灰岩夹泥灰岩和条带状灰岩的杂质灰岩隔水岩层的阻隔，在浅部截流中段未能揭露。

所以，实际矿床疏干只是壶天群含水层的涌水量。

③在矿床疏干过程中，矿区与南部董塘河之间长期存在一地下水分水岭，分水岭位于疏干漏斗南侧、观测孔CKB5-1和CKB14-1北侧附近。

董塘河对矿坑地下水无补给。

④×××矿区井下采矿采用充填法开采，开采活动不发生崩落。

综合上述因素，壶天群矿坑涌水量计算公式，选用无河水补给、直交隔水边界四分之一进水的“大井法”地下水动力学公式：式中：K——渗透系数;H——含水层水头高度;M——含水层厚度;h——地下水动水位（动水位至含水层底板高度）;R——北部边界至实际疏干漏斗边界平均距离;r0——“大井法”引用半径。

解析法（一）解析法的应用条件解析法是根据解析解的建模要求，通过对实际问题的合理概化，构造理想化模式的解析公式，用于矿坑涌水量预测。

具有对井巷类型适应能力强、快速、简便、经济等优点，是最常用的基本方法。

解析法预测矿坑涌水量时，以井流理论和用等效原则构造的“大井”为主，后者指将各种形态的井巷与坑道系统，以具有等效性的“大井”表示，称“大井”法。

因此说：矿坑涌水量计算的最大特点是“大井法”与等效原则的应用，而供水则以干扰井的计算为主。

稳定井流解析法：应用于矿坑疏干流场处于相对稳定状态的流量预测。

包括①在已知某开采水平最大水位降条件下的矿坑总涌水量；②在给定某开采水平疏干排水能力的前提下，计算地下水位降深（或压力疏降）值。

非稳定解析法：用于矿床疏干过程中地下水位不断下降，疏干漏斗持续不断扩展，非稳定状态下的涌水量预测。

包括：①已知开采水平水位降（s）、疏干时间（t），求涌水量（Q）；②已知Q、s，求疏干某水平或漏斗扩展到某处的时间（t）；③已知Q、t，求s，以确定漏斗发展的速度和漏斗范围内各点水头函数隨时间的变化规律，用于规划各项开采措施。

在勘探阶段，以选择疏干量和计算量最大涌水量为主。

（二）计算方法如上所述，应用解析法预测矿坑涌水量时，关键问题是如何在查清水文地质条件的前提下，将复杂的实际问题概化。

它可概括为如下三个重要方面：分析疏干流场的水力特征，合理概化边界条件，正确确定各项参数。

1. 分析疏干流场的水力特征矿区的疏干流场是在天然背景条件下，迭加开采因素演变而成。

分析时，应以天然状态为基础，结合开采条件作出合理概化。

（1）区分稳定流与非稳定流矿山基建阶段，疏干流场的内外边界有受开拓井巷的扩展所控制，以消耗含水层储量为主，属非稳定流；进入回采阶段后，井巷输廊大体已定，疏干流场主要受外边界的补给条件控制，当存在定水头（侧向或越流）补给条件时，矿坑水量被侧向补给量或越流量所平衡，流场特征除受气候的季节变化影响外，呈现对稳定状态。